Une nouvelle étude propose une explication radicalement différente pour l’une des découvertes les plus déroutantes du télescope spatial James Webb, suggérant que les objets mystérieux connus sous le nom de petits points rouges ne sont ni des galaxies ni des trous noirs standards, mais quelque chose d’encore plus étrange : des étoiles supermassives imbriquées hiérarchiquement.
Le modèle, publié par Pau Amaro Seoane et accepté pour publication dans Astrophysical Journal Letters, adopte une approche sans poussière pour expliquer les propriétés particulières qui font des petits points rouges un sujet de débat intense depuis que JWST les a repérés pour la première fois en 2022.
Le problème des petits points rouges
Les petits points rouges sont des objets compacts à haut décalage vers le rouge qui apparaissent dans les observations JWST de l’univers primitif, environ 600 millions à 1,5 milliard d’années après le Big Bang. Ils partagent un ensemble distinctif de caractéristiques contradictoires : une lueur optique rouge associée à un continuum ultraviolet bleu, de larges raies d’émission d’hydrogène qui signalent normalement la présence d’un trou noir actif, et une absence totale d’émission X détectable. Leur simple abondance à des époques cosmiques aussi précoces pose également problème. Selon la physique standard, les trous noirs ne peuvent pas devenir suffisamment massifs dans le temps disponible pour expliquer les nombres que JWST observe, une contrainte connue sous le nom de limite d’Eddington.
La plupart des explications existantes invoquent des géométries de poussière élaborées pour concilier ces caractéristiques. La poussière diffuse la lumière bleue et laisse passer la lumière rouge, ce qui peut expliquer la couleur. Mais la nouvelle étude affirme que la poussière n’est pas du tout nécessaire.
Une étoile dans une étoile
Le modèle envisage une structure sans équivalent dans l’univers moderne. Au centre se trouve une étoile supermassive, un objet théorique contenant peut-être un million de fois la masse du Soleil. Autour d’elle, une vaste enveloppe dominée par le rayonnement piège tout un amas stellaire nucléaire. Les étoiles plongeant à travers cette enveloppe entraînent une dynamo magnétique, qui gonfle les couches externes et génère le continuum optique rouge que JWST détecte. Pendant ce temps, les étoiles en chute libre non obstruées qui n’ont pas encore été déchiquetées produisent l’excès ultraviolet bleu.
L’élément véritablement nouveau concerne ce qui se passe plus profondément à l’intérieur. Les débris stellaires piégés provenant d’étoiles disloquées se déposent vers le centre, sédimentant en un noyau secondaire de haute densité intégré dans l’enveloppe hôte optiquement épaisse de Compton. Cette topologie imbriquée est la clé du pouvoir explicatif du modèle. Le noyau secondaire thermalise toute émission X, expliquant pourquoi JWST n’en voit aucune. Il alimente également les larges raies d’émission H-alpha qui ont été interprétées comme des preuves de trous noirs actifs.
La graine centrale s’accrète à la limite de radiation globale de l’enveloppe hôte, contournant les contraintes locales d’Eddington qui maintiennent normalement la croissance au ralenti. Ce mécanisme compresse l’échelle de temps d’assemblage de centaines de millions d’années à des dizaines de millions, expliquant enfin pourquoi les petits points rouges apparaissent si abondamment dans l’univers primitif.
Une explication concurrente
Le modèle d’étoile supermassive imbriquée s’inscrit dans une conversation en évolution rapide sur la nature des petits points rouges. Deux jours seulement avant la publication de cet article sur arXiv, une équipe de l’Université du Texas à Austin a proposé que les petits points rouges sont des proto-amas globulaires, chacun abritant une étoile supermassive qui a ensemencé les motifs chimiques distinctifs observés dans les amas globulaires aujourd’hui. Là où le modèle d’UT Austin met l’accent sur le lien entre les petits points rouges et les structures survivantes dans l’univers moderne, le nouveau modèle sans poussière se concentre sur la physique interne des objets eux-mêmes et sur la façon dont ils ont pu croître si rapidement dans le cosmos primitif.
Les deux approches partagent une idée centrale : les étoiles supermassives jouent un rôle clé. Mais elles divergent sur presque tout le reste. Le modèle d’UT Austin invoque des étoiles supermassives de 1 000 à 10 000 masses solaires intégrées dans des amas globulaires en formation. Le nouveau modèle propose des structures bien plus massives avec une architecture complexe et hiérarchique qui rend compte de l’ensemble des observations des petits points rouges sans nécessiter de poussière du tout.
S’il est confirmé, le modèle d’étoile imbriquée offrirait une voie directe pour la formation de graines de trous noirs lourds dans l’univers primitif, contournant le problème d’échelle de temps qui a troublé les modèles standards. L’article a été accepté pour publication dans Astrophysical Journal Letters et est disponible en prépublication sur arXiv.
Images :
- Conception artistique d’une étoile supermassive montrant sa structure interne (CfA/Melissa Weiss)
- Image NIRCam du JWST de petits points rouges dans l’univers primitif (NASA/ESA/CSA/JADES Collaboration)
Source: 1ban.news – Space Desk
Traduit par Lydie